非晶态金属

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非晶态金属样品

非晶态金属是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。大部分金属材料具有很高的有序结构,原子呈现周期性排列(晶体),表现为平移对称性,或者是旋转对称,镜面对称,角对称(准晶体)等。而与此相反,非晶态金属不具有任何的长程有序结构,但具有短程有序和中程有序(中程有序正在研究中)。一般地,具有这种无序结构的非晶态金属可以从其液体状态直接冷却得到,故又称为“玻璃态”,所以非晶态金属又称为“金属玻璃”或“玻璃态金属”。制备非晶态金属的方法包括:物理气相沉积,固相烧结法,离子辐射法,甩带法和机械法。

由于铁基非晶态金属不具长程有序结构,其磁化及消磁均较一般磁性材料容易。因此,以铁基非晶合金作为磁芯的非晶合金变压器,铁损(即空载损耗)要比一般采用硅钢作为铁芯的传统变压器低70-80%,对电网节能降耗有积极作用。详见"国家电网公司重点应用新技术目录(2006年第一批), ISBN 978-7-5083-5266-4"。

大块金属玻璃(BMG)是一种具有较低冷却速度极限的非晶态金属,所以该种金属合金可以制备出尺度超过1毫米的金属片或金属圆柱。

发展历史[编辑]

1960年,W. Klement (Jr.), Willens 和 Duwez 首次制备观察到了世界上第一块金属玻璃材料—— (Au75Si25)合金[1] 早期发现具有玻璃形成能力的合金均是在急速冷却下制备(降温速率在1 开尔文每秒, 106 K/s),阻碍结晶过程。 为了达到冷却速率阈值,这类材料的形貌在某个维度上要足够小,典型的如带状、箔状、线状等,其厚度要小于100微米

1969年,发现合金77.5% 、6% 、16.5% 的玻璃化临界降温速率仅在 100 到 1000 K/s之间。

1976年, H. Liebermann 和 C. Graham 发展一类新型非晶金属制备方法,通过单辊甩带机实现骤冷[2] 实验中采用的合金由构成。在1980年代初投入商业应用,是低损耗输电变压器的核心构件(非晶合金变压器

80年代初,通过热冷循环处理后的表面刻蚀,Pd55Pb22.5Sb22.5合金形成的玻璃态块材直径达到5毫米。

1988年,发现镧系、铝系和铜系合金有着较高的玻璃形成能力。

90年代,新型合金的玻璃态临界降温速率降至1K/s。这一降温速率在普通的模具浇铸法中即可实现。 这些块状的非晶合金铸件厚度可达数厘米(最大厚度与合金种类相关)。 玻璃形成能力最强的合金来自锆系和钯系。铁系、钛系、铜系、镁系等合金的也具备玻璃形成能力。 许多非晶合金的形成借助了一类的“混合效应。

References[编辑]

  1. ^ Klement, W.; Willens, R. H.; Duwez, POL. Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon Alloys. Nature. 1960, 187 (4740): 869–870. Bibcode:1960Natur.187..869K. doi:10.1038/187869b0. 
  2. ^ Libermann H. and Graham C. Production Of Amorphous Alloy Ribbons And Effects Of Apparatus Parameters On Ribbon Dimensions. IEEE Transactions on Magnetics. 1976, 12 (6): 921. Bibcode:1976ITM....12..921L. doi:10.1109/TMAG.1976.1059201.